飛機(jī)數(shù)字化裝配定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐峰

摘要：飛機(jī)壁板是構(gòu)成飛機(jī)機(jī)體的最主要的裝配組件，但飛機(jī)壁板零件絕大多數(shù)是薄壁件，零件的剛性比較低，因此飛機(jī)壁板零件的裝配過(guò)程比較復(fù)雜，且裝配周期長(zhǎng)。本文主要分析壁板類(lèi)零件裝配定位的特點(diǎn)和數(shù)字化裝配定位系統(tǒng)的工作原理，完成了數(shù)字化裝配定位系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)數(shù)字化裝配；定位系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

1.機(jī)身壁板類(lèi)零件裝配定位的特點(diǎn)

本文中的壁板零件裝配只考慮蒙皮零件和長(zhǎng)桁零件，其裝配定位的特點(diǎn)如下：

（1）一套工裝對(duì)應(yīng)一套零件，裝配工裝不具有柔性。從而加大了飛機(jī)的生產(chǎn)周期，且提高了飛機(jī)的制造成本。

（2）使用模擬量工裝，由于模擬量工裝是靠實(shí)物來(lái)傳遞尺寸，增長(zhǎng)了裝配過(guò)程的誤差尺寸鏈，降低了裝配定位的精度，裝配的準(zhǔn)確度比較低。

（3）裝配定位過(guò)程大多靠手工完成，自動(dòng)化程度低，效率低。

2.飛機(jī)數(shù)字化裝配定位系統(tǒng)的工作原理

基于飛機(jī)機(jī)身壁板零件裝配的數(shù)字化裝配定位系統(tǒng)的定位過(guò)程分為：蒙皮的定位和長(zhǎng)桁的定位。蒙皮依靠定位平臺(tái)的內(nèi)型卡板和蒙皮擋件來(lái)定位；長(zhǎng)桁依靠機(jī)械隨動(dòng)定位裝置，配合光學(xué)測(cè)量設(shè)備來(lái)定位。

圖2.1數(shù)字化裝配定位系統(tǒng)的工作原理圖

由圖2.1可以看到定位系統(tǒng)平臺(tái)包括內(nèi)型卡板的定位部分，還有機(jī)械隨動(dòng)定位裝置的定位部分。在進(jìn)行壁板零件裝配時(shí)，首先控制模塊控制機(jī)械隨動(dòng)定位裝置運(yùn)動(dòng)，使其帶動(dòng)末端執(zhí)行器移動(dòng)，在末端執(zhí)行器接近長(zhǎng)桁的空間坐標(biāo)位置時(shí)停止，然后人手工將長(zhǎng)桁夾持到末端執(zhí)行器上并進(jìn)行蒙皮的定位，將蒙皮貼緊內(nèi)型卡板，蒙皮的下端靠在蒙皮擋件上，然后用帆布帶機(jī)械式壓緊裝置將起固定在內(nèi)型卡板上，但不拉緊；旋轉(zhuǎn)蒙皮擋件上的銷(xiāo)，調(diào)整蒙皮在內(nèi)型卡板上的位置，進(jìn)行蒙皮的精確定位，再將帆布帶拉緊，使蒙皮緊貼在內(nèi)型卡板上。最后控制模塊再次控制機(jī)械隨動(dòng)定位裝置運(yùn)動(dòng)，末端執(zhí)行器帶動(dòng)長(zhǎng)桁精確移動(dòng)，同時(shí)光學(xué)測(cè)量?jī)x器采集長(zhǎng)桁運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)，誤差補(bǔ)償模塊將數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，并與長(zhǎng)桁定位設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)比較，得到長(zhǎng)桁實(shí)時(shí)定位的補(bǔ)償數(shù)據(jù)，并將補(bǔ)償數(shù)據(jù)反饋到控制模塊，這樣控制模塊繼續(xù)控制機(jī)械隨動(dòng)定位裝置運(yùn)動(dòng)，最終完成長(zhǎng)桁和蒙皮的定位。

3.定位系統(tǒng)平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)數(shù)字化裝配定位方法及裝配準(zhǔn)確度、數(shù)字化裝配定位原理的分析、數(shù)字化裝配工裝技術(shù)等幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的研究，下面進(jìn)行數(shù)字化裝配定位系統(tǒng)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。

3.1裝配定位平臺(tái)基礎(chǔ)框架概述

數(shù)字化裝配定位系統(tǒng)平臺(tái)型架基礎(chǔ)框架和內(nèi)型卡板。其中內(nèi)型卡板是用來(lái)定位壁板的蒙皮零件，保證蒙皮的外形準(zhǔn)確度。

該裝配型架的主要功能和特點(diǎn)如下：

（1）提供零件裝配的基礎(chǔ)平臺(tái)，零件的定位都要在該平臺(tái)上完成；

（2）提供數(shù)字化裝配定位的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，機(jī)械隨動(dòng)定位裝置的開(kāi)發(fā)都要在型架骨架上完成，提供機(jī)械隨動(dòng)定位裝置和內(nèi)型卡板的連接接口。

3.2機(jī)械隨動(dòng)定位裝置的設(shè)計(jì)

綜合以上分析，裝配過(guò)程中將實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)桁的數(shù)字化裝配定位。而在空間中要實(shí)現(xiàn)物體的定位，則要控制物體上一點(diǎn)的空間位置，并控制物體在空間中的姿態(tài)。本文采用能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能機(jī)械隨動(dòng)定位裝置來(lái)進(jìn)行長(zhǎng)桁的定位。該裝置主要包括豎直機(jī)械臂、水平機(jī)械臂和末端執(zhí)行器，各部分的詳細(xì)設(shè)計(jì)如下：

1）豎直機(jī)械臂的設(shè)計(jì)

如圖3.1a為豎直機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)圖。

圖3.1a豎直機(jī)械臂的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖中

①外殼②滑塊③原點(diǎn)開(kāi)關(guān)安裝座④伺服電機(jī)⑤電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（帶抱閘）⑥絲杠⑦限位開(kāi)關(guān)⑧原點(diǎn)開(kāi)關(guān)

豎直機(jī)械臀的工作原理為：電機(jī)通電后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與絲杠相聯(lián)，帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再轉(zhuǎn)化為滑塊的直線運(yùn)動(dòng)，滑塊帶動(dòng)通過(guò)連接塊與其相聯(lián)的水平機(jī)械臂產(chǎn)生豎直方向的運(yùn)動(dòng)。豎直機(jī)械臂上的原點(diǎn)開(kāi)關(guān)為滑塊在豎直方向運(yùn)動(dòng)的零點(diǎn)，限位開(kāi)關(guān)防止滑塊超出其行程運(yùn)動(dòng)。

圖3.1 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2）水平機(jī)械臂的設(shè)計(jì)

水平機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)圖，如圖3.1b所示。水平機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)和豎直機(jī)械臂非常相似，只是長(zhǎng)度上沒(méi)有豎直機(jī)械臂長(zhǎng)，另外水平機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器沒(méi)有抱閘。水平機(jī)械臂通過(guò)連接塊與豎直機(jī)械臂相聯(lián)在豎直方向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)水平機(jī)械臂的滑塊不動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)水平機(jī)械臂自身在水平方向運(yùn)動(dòng)。水平機(jī)械臂再通過(guò)連接塊與末端執(zhí)行器相聯(lián)，帶動(dòng)其再水平方向和豎直方向運(yùn)動(dòng)。

圖3.1b為水平機(jī)械臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖其中

①外殼②滑塊③原點(diǎn)開(kāi)關(guān)安裝座④伺服電機(jī)⑤電機(jī)驅(qū)動(dòng)器⑥絲杠⑦限位開(kāi)關(guān)⑧原點(diǎn)開(kāi)關(guān)

3）末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)

如圖3.1c所示，末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)圖。末端執(zhí)行器一端通過(guò)花鍵與電機(jī)軸連接，由電機(jī)帶動(dòng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；另一端用來(lái)夾持長(zhǎng)桁，用旋緊螺絲將長(zhǎng)桁壓緊，然后動(dòng)長(zhǎng)桁在豎直方向、水平方向運(yùn)動(dòng)以及繞電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

如圖3.2所示，機(jī)械隨動(dòng)定位裝置的結(jié)構(gòu)圖。機(jī)械隨動(dòng)定位裝置的工作原理為：系統(tǒng)加電時(shí)，豎直機(jī)械臂帶動(dòng)水平機(jī)械臂在豎直方向運(yùn)動(dòng)，水平機(jī)械臂帶動(dòng)末端執(zhí)行器在水平方向作直線運(yùn)動(dòng)，末端執(zhí)行器聯(lián)結(jié)塊上的電機(jī)帶動(dòng)其作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，矯正長(zhǎng)析在空間中的姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)析的精確定位。

圖3.2機(jī)械隨動(dòng)定位裝置結(jié)構(gòu)圖

①豎直機(jī)械臂②水平機(jī)械臂③末端執(zhí)行器④伺服電機(jī)⑤限位開(kāi)關(guān)⑥原點(diǎn)開(kāi)關(guān)安裝座⑦原點(diǎn)開(kāi)關(guān)⑧電機(jī)驅(qū)動(dòng)器⑨減速器⑩滑塊○11水平機(jī)械臂與豎直機(jī)械臂的連接塊○12水平機(jī)械臂與末端執(zhí)行器的連接塊。

結(jié)論

本文分析了數(shù)字化裝配定位平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)思路和原理。結(jié)合數(shù)字化裝配定位平臺(tái)的開(kāi)發(fā)需求及現(xiàn)有的基礎(chǔ)條件，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)平臺(tái)的定位機(jī)構(gòu)以及機(jī)械隨動(dòng)定位裝置的總體結(jié)構(gòu)。使得裝配定位系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)壁板零件的數(shù)字化裝配定位；并且是該平臺(tái)具有較高的柔性，提高了系統(tǒng)的裝配定位準(zhǔn)確度和系統(tǒng)的效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳偉仁.軍工制造業(yè)數(shù)字化[M].北京：原子能出版社，2005：9-lO.